有机-无机肥配施对板栗根际土壤及细根化学计量特征的影响1)

廖逸宁 郭素娟

(北京林业大学，北京，100083)

施肥可以直接影响土壤养分结构，进而影响根系的养分吸收状况[1]。生产上化肥的长期单一施用致使土壤营养失衡、退化板结等问题[2]。有机肥可提供果树生长所需的氮、磷、钾等大量营养元素，平衡营养，活化土壤养分[3]。朱春波等[4]研究表明，无机肥配施有机肥可以显著促进根际土壤养分的积累；于昕阳等[5]研究认为，有机无机肥配施处理土壤有机质、全氮质量分数比试验前有较大提升；陈倩等[6]研究表明，有机无机肥配施提高了根系对氮的吸收征调能力。有机-无机肥配施有利于培肥土壤及果树优质高产，对调节氮素积累和转运，提高氮肥利用效率具有重要作用[7-8]。

生态化学计量主要分析生态系统多种化学元素的动态平衡，反映植物对养分的利用效率及对环境的自我调节与适应能力[9-10]。碳、氮、磷是维持植物结构和生长不可或缺的元素，碳元素是植物体干物质最主要的组分，氮、磷来自土壤，是限制植物生长的必要元素，三者之间存在着复杂的耦合关系，各元素比值可以衡量有机质的分解速率[11]。直径小于2 mm的细根是根系中对环境感应最敏感的部分，是植物吸收土壤中水分和矿质营养的重要器官，细根养分状况在生态系统养分循环中起着重要作用，为生态系统物质循环、能量流动提供有效途径[12-13]。应用化学计量方法探究土壤与细根化学计量特征的关系有助于揭示养分的变化规律。

板栗(CastaneamollissimaBl．)原产于我国，是我国大力发展的木本粮食树种，富含蛋白质和人体必需的多种氨基酸、微量元素等，具有很高的经济价值和食用价值[14]。板栗‘燕山早丰’是河北省迁西县主栽品种之一[15]。目前，有机-无机肥配施对板栗化学计量特征的研究还集中在开花授粉、果实发育和叶片营养特征等[16]，关于有机-无机肥配施方式下，根际土壤及细根碳、氮、磷质量分数及化学计量变化特征的研究较少。为此，本研究以河北迁西县8年生板栗‘燕山早丰’(Castaneamollissima‘Yanshanzaofeng’)为研究对象，探讨有机-无机肥配施比例对根际土壤及细根化学计量特征的影响，旨在为板栗科学施肥提供技术支撑。

1 试验地概况

研究区位于河北省迁西县北京林业大学经济林(板栗)育种与栽培实践基地。该地区地势平坦，属于东部季风暖温带半湿润气候，年平均气温为10.9 ℃，1月份平均气温-6.5 ℃，7月份平均气温25.4 ℃;年平均降水量为744.7 mm，主要集中在7—8月份。全年日照时间为2 581.5 h，无霜期为176 d。试验地成土母质为片麻岩风化母质，土壤质地为砂壤质，土壤类型为褐土。试验地土壤理化性质见表1。

表1 试验地土壤理化性质

2 研究方法

2.1 供试肥料

无机肥：施可丰缓释复合肥，m(N)∶m(P2O5)∶m(K2O)=2∶1∶1，由施可丰化工股份有限公司提供；磷肥为过磷酸钙，过磷酸钙中w(P2O5)=16%，由云南云天化股份有限公司提供；钾肥为硫酸钾，硫酸钾中w(K2O)=50%，由河北高盛化肥有限公司提供。

有机肥：由石家庄养殖总场提供，氮、五氧化二磷、氧化钾、有机质的质量分数分别为1.52%、1.96%、1.53%、55.67%。

2.2 试验设计

2019年3月底，选择生长状况基本一致、无病虫害的8年生板栗(平均树高2.7 m，冠幅2.3 m×2.3 m)经济样地。设置6个处理：处理1(100%无机肥)、处理2(75%无机肥质量+25%有机肥质量)、处理3(50%无机肥质量+50%有机肥质量)、处理4(25%无机肥质量+75%有机肥质量)、处理5(100%有机肥)、对照(不施肥)。施肥处理肥料以等氮量1.123 kg/株计量[17]，磷和钾以有机肥计量，不足的部分用过磷酸钙和硫酸钾补足。以单株为小区，采用环状沟施方式：沿每棵树树冠滴水线距树干50～120 cm，沟深30 cm，沟宽40 cm，肥料与土壤等体积混拌后填土，一次性全量施入。每个处理10次重复，随机区组排列，共60个试验小区，各处理间设保护行。

2.3 根系及根际土壤的采集

2020年10月下旬采用连续根钻法(根钻内径为8 cm)，每个处理隔株选取5棵树，每棵试验树东、南、西、北及东南、西北、东北、西南8个方向为取样区，取样区内距树干根部50、75、100 cm处3个取样点钻取土芯，按照深度(h)0

2.4 根系及根际土壤相关指标测定

根据传统的根系分类标准[19]，将直径≤2 mm的根系划分为细根，将细根洗净后分拣出活细根置于烘箱中杀青烘干至恒质量，烘干后粉碎过0.15 mm筛，然后分别取适量样品测定有机碳、氮和磷质量分数。土样自然风干后过2 mm筛，测定主要化学指标。同一土层样品混合。土壤、细根有机碳的质量分数采用重铬酸钾氧化外加热法测定；细根、根际土壤全氮、全磷质量分数的测定，将样品用H2SO4-H2O2消煮后，再用Smartcham450全自动间断化学分析仪测定。

2.5 数据处理

土壤碳、氮、磷各元素的化学计量比均采用摩尔质量比。Excel 2003计算各处理平均值，在方差分析之前先检验数据的正态性以及方差齐性，不同处理间的差异性使用单因素方差分析、Duncan法比较。利用皮尔逊(Pearson)相关分析探究根际土壤与细根化学计量特征的相关性。

3 结果与分析

3.1 有机-无机肥配施对板栗根际土壤碳、氮、磷化学计量特征的影响

由表2可知，在0

表2 板栗根际土壤的化学计量特征

在20 cm0.05)；土壤氮磷摩尔质量比处理1与各处理间差异最显著(P<0.05)。

在20 cm0.05)。

3.2 有机-无机肥配施对板栗细根碳、氮、磷化学计量特征的影响

由表3可知，在0

表3 板栗细根的化学计量特征

在20 cm

除处理1、处理2外，20 cm

3.3 有机-无机肥配施板栗根际土壤与细根化学计量特征的相关性

由表4可知，在0

表4 有机-无机肥配施0

由表5可知，在20 cm

表5 有机-无机肥配施20 cm

4 讨论与结论

施肥可以培肥土壤，活化土壤养分，在提高果树产量等方面具有重要作用[20]。土壤有机碳是土壤肥力指标的物质基础，氮素、磷素是植物必需营养物质,也是评价土壤肥力指标的重要指标[21]。有机-无机肥配施有助于提高土壤有机碳、全氮、全磷质量分数，尤以处理4效果最好，与Wang et al.[22]和王庆鲁等[23]研究结果一致。外源有机肥可以直接增加土壤全氮、全磷质量分数，且有机肥中的有机物也有助于增加土壤有机碳质量分数，适宜的有机肥和化肥用量能为板栗生长提供丰富持续的碳、氮、磷等营养元素，促进土壤水分和养分的转运，为板栗生长创造了良好的土壤条件。土壤中的碳氮摩尔质量比是影响土壤中碳氮循环的重要因素，碳氮摩尔质量比值的高低通常被认为是土壤氮素矿化能力的标志，也是反映土壤肥力退化的一个重要指标[24-25]。土壤碳磷摩尔质量比是衡量土壤有机质矿化释放磷及吸收固持磷能力的关键指标[26]。本研究中，处理4显著提高了土壤的碳磷摩尔质量比，有机无机肥配施处理3、4、5中，随有机肥配比的升高，0

根际土壤氮和磷质量分数随着土层的加深而显著降低，这是因为施肥及园内日常管理活动直接作用于土壤表层，氮和磷养分先在上层汇集，后随水分转运到下层。根际土壤碳质量分数及碳氮摩尔质量比、碳磷摩尔质量比随土壤深度的增加而呈递增趋势，因为施肥条件下土壤温室气体排放与土壤碳库呈显著正相关[30]。

根系养分变化是植物对土壤环境变化做出的最直接的适应性策略，有机碳是构成植物体干物质最主要的元素，全氮和全磷是各种蛋白质和遗传物质的重要组成元素[31-32]。本研究表明，20 cm

植物根系是与土壤直接接触的器官，其通过分泌有机物质，有利于土壤有机物积累，丰富了土壤生物的多样性[37]。根系通过吸收作用反映土壤养分和水分的分布格局，且根系自身养分质量分数也会对土壤条件做出响应[38]。相关性分析表明，土壤有机碳、全磷质量分数与细根碳、氮、磷质量分数及氮磷摩尔质量比呈极显著正相关，与细根的碳氮摩尔质量比、碳磷摩尔质量比呈极显著负相关，随土壤有机碳、全磷质量分数的增加，细根的碳氮摩尔质量比、碳磷摩尔质量比降低，细根碳、氮、磷质量分数及氮磷摩尔质量比均有所增加[39]。较高的土壤有机碳质量分数促进细根对碳、氮、磷元素的吸收[40]。

综上所述，板栗不同施肥处理根际土壤及细根碳、氮、磷及其化学计量特征间存在较大差异。处理4根际土壤及细根有机碳、全氮、全磷质量分数充足，提高了土壤的碳氮摩尔质量比和碳磷摩尔质量比；细根的有机碳、全氮、全磷质量分数均有所提高，显著提高了细根氮磷摩尔质量比，可在一定程度上改善土壤环境，促进细根养分吸收，是河北迁西县板栗园施肥模式的较佳选择。试验区各处理细根氮磷摩尔质量比值均低于14，表明该研究区域氮素为养分限制因子，但有机肥和化肥配施可以有效缓解土壤氮素缺乏的状况。此外，考虑到各养分质量分数还与肥料施用长短、施用环境等有关，未来应从时间尺度上对其进行长期研究。